液固两相流体冲刷腐蚀的协同作用
液固两相流中金属冲刷腐蚀的研究
１ 冲 刷 腐 蚀 的 影 响 因素
液固两相 流中冲刷腐蚀是一个非 常复杂的过 程， 主要影响因素可分为流体力学 因素、 材料因素 、 两相流体 中的固相颗粒 因素、 电化学因素等 四个方 面， 四方面的因素交织在一起 ， 影响材料 冲刷腐蚀性
能。
料抗冲刷腐蚀性能 的影响分为两种情 况 ： 低速条件
摘 要
液固两相流中金属受冲刷和腐蚀行为的相互作用 ， 严重影 响材料 的寿命。影 响冲刷腐蚀 的因
素较多 ， 同的介质和不同的金属材料其冲刷腐蚀过程不 同。本文对 冲刷腐蚀的特征 、 不 影响因素、 机理进行了论述 ， 并提出了今后研究的方向。
关键词 ： 固两相 流 液 冲刷 腐蚀 影响 因素 机理 研 究
１ １ ３ 冲刷 角度 ．．
定强。因此在发展耐 冲刷腐蚀材料 时， 无论是调
整材料的成份 ， 还是调整热处理方法 ， 都应注意硬度 和耐腐蚀性 的合理搭配 。有时为了提高耐腐蚀性而 牺牲一定的耐磨性 ， 有时则 相反。耐冲刷腐蚀 材料
在组 织结 构上往 往 具 有 如 下 特 点 ， 在相 对 较 软 的 即
冲刷腐 蚀 （ ｒｓ ｎＣ ｒ ｓ ｎ 又称 为磨损 腐 Ｅ ｏｉ － ｏｒ ｉ ） ｏ ｏｏ 蚀， 是金属表面与腐蚀流体之间由于高速 相对运动
ｌ１ １ 流体 流速 ＿．
介质的流动对冲刷腐蚀 有两种作用 ： 质量传递
效应和表面切应力效应 。因此流体流速在冲刷腐蚀 过程中起着重要作用 ， 并直接影响冲刷腐蚀的机理 。
将腐蚀产物不断从金属表面剥离 ， 并且在金 属基 体 上产生划痕 ， 使腐蚀加剧。所以， 不具钝化特性 的金 属冲刷腐蚀失重率随冲刷速度 的增加而增大ｌ２ ＿－ １ 引。 、
电化学实验报告
二、实验设备和材料
采用自制旋转圆柱电极冲刷腐蚀装置，电化学测试采用上海辰华 CHI660E 电化学
工作站，铂为辅助电极，Ag/AgCl 为参比电极，20＃碳钢为工作电极。试样为内径 10mm、
外径 15mm、高度 8mm 的同心圆柱体，有效工作面积 3.82 ，其化学成分见表 1。利
律，腐蚀电流密度与失重速率呈正比，因此可通过腐蚀电流密度判断腐蚀的严重程度。
公式为
式中：B 为 Stern-Geary 系数，V/dec； 为阳极斜率，V/dec； 为阴极斜率，V/dec；
J 为腐蚀电流密度，/2 ； 为极化电阻，/2 。
四、实验结果及数据分析
到较大的阴极保护度，消除介质的腐蚀影响。纯腐蚀的试验条件见表 3。其中，流速取
集输经济流速 2 m/s，砂粒粒径和含砂量根据现场实际出砂情况选取。
试验结束后，进行电化学测试。为了减少溶液 IR 降，用鲁金毛细管与参比电极相
连。动电位极化曲线扫描速率为 0.5 mV/s，扫描范围为自腐蚀电位 ±500 mV，电化学
ISO8407—2009 标准对腐蚀产物进行清除，风干后称重，计算失重速率。为了量化不
同变量对总冲刷腐蚀的影响程度，分别进行纯腐蚀（动态）、纯冲刷和冲刷腐蚀试验，
其中纯冲刷与冲刷腐蚀试验的区别为纯冲刷试验采用阴极保护抑制腐蚀。纯冲刷和冲
刷腐蚀的试验条件见表 2。控制流体中试样的电位低于自腐蚀电位 250 mV 以上，以达
1 为 CPE1 的弥散系数；2 为点蚀坑内极化电阻，2 为 CPE2 的等效导纳，2 为 CPE2
的弥散系数。由于常规电化学测试对局部腐蚀具有一定的局限性，因此只考虑1 的变
化，当 NaCl 浓度为 0.5 %时，1 最大，容抗弧的半径也最大，腐蚀速率最小；随着
流体动力学过程在流动腐蚀行为中的作用机制
化工进展CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS2020年第39卷第S2期流体动力学过程在流动腐蚀行为中的作用机制王凯，南翠红，卢金玲（西安理工大学西北旱区生态水利国家重点实验室，陕西西安710048）摘要：在流动体系中，流场作用对腐蚀行为中的力学、离子传质以及界面反应等过程有着复杂的耦合影响，不同金属材料、不同溶液环境下流体流动发挥的作用也复杂多变，这些因素加剧了流动环境下的腐蚀机理研究的困难性。
本文综述了流动腐蚀的研究现状，包括流动对腐蚀过程的影响机制、流动腐蚀研究的实验装置以及流动腐蚀中的关键影响因素，着重分析了流动通过改变腐蚀反应物/产物的质量传输速率对腐蚀反应动力学的影响机制，以及流动的剪切力作用对壁面产物膜的形成/破坏动力学过程的影响。
提出了流动腐蚀在腐蚀界面演化与流场的交互作用、时空尺度跨度、流场-离子传质-界面反应的多场耦合联系以及不同流体力学参数匹配性等方面有待解决的问题，展望了流动腐蚀的发展方向。
关键词：腐蚀；流体动力学；传质；界面反应；腐蚀产物膜中图分类号：TK17文献标志码：A文章编号：1000-6613（2020）S2-0008-11Mechanism of hydrodynamic process in flow corrosion behaviorWANG Kai ，NAN Cuihong ，LU Jinling(State Key Laboratory of Eco-hydraulics in Northwest Arid Region of China,Xi ’an University of Technology,Xi ’an 710048,Shaanxi,China)Abstract:In the flow system,the flow field has a complex interaction with the mechanics,ion mass transfer and interface reaction of the corrosion behavior,and the effect of fluid flow is also complex and variable regarding to different metal materials under different solution environments,which aggravates the difficulty of investigating the corrosion mechanism in the flow environment.In this paper,the status of research on flow corrosion is comprehensively discussed,including the influencing mechanism of flow on the corrosion process,the experimental devices for flow corrosion research and the key factors in the flowcorrosion.In particular,the effect of flow on corrosion reaction kinetics is analyzed from two aspects:changing the mass transfer rate of corrosion reactants/products,altering the flow shear stress being associated with the formation/damage kinetics of wall products films.The problems to be solved are put forward,including the interaction of corrosion interface evolution and flow dynamics,the discrepancy inthe spatial and temporal scale,the multi-field coupling relation as well as the matching of different hydrodynamic parameters in flow corrosion and the further development trend is also proposed.Keywords:corrosion;hydrodynamics;mass transfer;interface reaction;corrosion product film综述与专论DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0679收稿日期：2020-04-27；修改稿日期：2020-08-05。
水环境中固液相界面的相互作用
第四节水环境中固—液界面的相互作用一、水中颗粒物的类别天然水中颗粒物主要包括各类矿物微粒，含有铝、铁、锰、硅水合氧化物等无机高分子，含有腐殖质、蛋白质等有机高分子。
此外还有油滴、气泡构成的乳浊液和泡沫、表面活性剂等半胶体以及藻类、细菌、病毒等生物胶体。
下面分别叙述天然水体中颗粒物的类别。
1、矿物微粒和粘土矿物天然水中常见矿物微粒为石英、长石、云母及粘土矿物等硅酸盐矿物。
石英(SiO2)、长石(KAlSi3O8)等不易碎裂，颗粒较粗，缺乏粘结性。
云母、蒙脱石、高岭石等粘土矿物则是层状结构，易于碎裂，颗粒较细，具有粘结性，可以生成稳定的聚集体。
天然水中具有显著胶体化学特性的微粒是粘土矿物。
粘土矿物是由其它矿物经化学风化作用而生成，主要为铝或镁的硅酸盐，它具有晶体层状结构，种类很多，可以按照其结构特征和成分加以分类。
2、金属水合氧化物铝、铁、锰、硅等金属的水合氧化物在天然水中以无机高分子及溶胶等形态存在，在水环境中发挥重要的胶体化学作用。
铝在岩石和土壤中是丰量元素。
但在天然水中浓度较低，一般不超过0.1mg/L。
铝在水中水解，主要形态是Al3+、Al(OH)2+、A12(OH)24+、Al(OH)2+、A1(OH)3，和Al(OH)4-等，并随pH值的变化而改变形态浓度的比例。
实际上，铝在一定条件下会发生聚合反应，生成多核配合物或无机高分子，最终生成[Al(OH)3]∞的无定形沉淀物。
铁也是广泛分布的丰量元素，它的水解反应和形态与铝有类似的情况。
在不Ⅲ的存在形态是Fe3+、Fe(OH)2+、Fe(OH)2+、Fe2(OH)24+和Fe(OH)3同pH值下，Fe()等。
固体沉淀物可转化为FeOOH的不同晶型物。
同样，它也可以聚合成为无机高分子和溶胶。
锰与铁类似，其丰度虽然不如铁，但溶解度比铁高，因而也是常见的水合金属氧化物。
硅酸的单体H 4SiO 4，若写成Si(OH)4，则类似于多价金属，是一种弱酸，过量的硅酸将会生成聚合物，并可生成胶体以至沉淀物。
液_固两相流冲蚀磨损机理及材料应用现状
收稿日期:2005204227; 修订日期:2005205212作者简介:陈 茜(19772 ),四川中江人,助理工程师.从事技术管理工作1铸造技术FOUNDR Y TECHNOLO GY Vol.26No.6J un.2005液/固两相流冲蚀磨损机理及材料应用现状陈 茜1,鲍崇高2(1.甘肃省金川集团有限公司,甘肃金昌737104;2.西安交通大学材料科学与工程学院,陕西西安710049)摘要:冲蚀磨损存在的工况多,材料失效和工业工程破坏严重。
通过分析液/固双相流过流部件的材料应用及发展现状,冲蚀磨损机理研究现状等,对指导该工况下材料设计、性能研究,特别是新型抗冲蚀磨损材料的应用等至关重要。
关键词:冲蚀磨损;机理研究;材料应用中图分类号:T G174.1 文献标识码:A 文章编号:100028365(2005)0620548203Mechanism and Materials Application by Liquid 2Solid Du al PhaseE rosion Wear and Its R esearch AdvancesCH EN Qian 1,BAO Chong 2gao 2(1.Gansu Jinchuan Group Ltd.,Jinchuan 737104,China ;2.School of Material Sci.&Eng.,Xi ’an Jiaotong University ,Xi ’an 710049,China )Abstract :Erosion 2wear conditio n exist in many industry ,and materials failure and engineering dest royed are serious.In t his paper ,mechanism research and materials application by liquid 2solid dual p hase ero sion wear and it s research advances have been systematically st udied ,and it is very important to guidance materials design and performance st udy ,especially new materials application wit h resistant erosion wear.K ey w ords :Ero sion 2wear ;Mechanism research ;Materials application 1 工程背景冲刷腐蚀(Ero sion 2Corro sion )是金属表面与腐蚀流体之间由于高速相对运动而引起的金属损坏现象[1],是材料受冲刷和腐蚀协同作用的结果。
P110油管用钢液固两相流体冲蚀实验研究
P110油管用钢液固两相流体冲蚀实验研究杨向同;周鹏遥;丁亮亮;王治国;窦益华【摘要】在油气井压裂改造过程中,高速含砂流体引起的冲蚀是油管失效的重要原因之一.利用自制的喷射式冲蚀实验装置,以3.5wt％ NaCl含砂流体为介质,研究了油井管常用的P110油管用钢冲蚀速率随冲蚀时间、介质流速和含砂量的影响.研究结果表明,在冲蚀时间60～ 90 min时,P110钢材的冲蚀速率趋于稳定;在传统的纯冲刷磨损公式E=KVn基础上,增加了腐蚀因子M对公式进行修正,与实验数据尤其是低流速时的实验数据拟合误差减小;砂含量在25 kg/m3时,冲蚀速率达到最大;继续增加含砂量时,颗粒之间碰撞消耗的动能使得冲蚀速率先减小,然后缓慢增加.实验结果为P110油管在新型储层改造中的应用提供了一定参考.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2014(014)030【总页数】4页(P140-143)【关键词】P110钢;3.5％ NaCl溶液;液固两相流体;冲刷腐蚀【作者】杨向同;周鹏遥;丁亮亮;王治国;窦益华【作者单位】中国石油塔里木油田分公司,库尔勒841000;中国石油塔里木油田分公司,库尔勒841000;中国石油塔里木油田分公司,库尔勒841000;西安石油大学机械工程学院,西安710065;西安石油大学机械工程学院,西安710065【正文语种】中文【中图分类】TE931P110油管用钢具有优良的机械性能以及良好的经济性，是油套管最常用钢材之一。
随着体积压裂、水力喷射压裂等新型储层改造工艺的发展[1]，含砂压裂液形成的液固两相流体高速流经油管内壁，在油管内壁或接头部位造成了严重的冲蚀[2，3]，严重时造成接头部位密封失效[4]，制约了此类传统油管在新型储层改造过程中的进一步应用。
20世纪60年代，Finnie I[5]提出了关于冲刷磨损的微切削理论。
之后各国学者从不同角度分析了单颗粒以及颗粒群碰撞对金属冲蚀速率的影响[6，7]。
液--固两相流
液--固两相流作为一个新兴的力学分支，液--固两相、气—固两相及气--液两相流动。
一起被统称为两相流体力学。
作为两相流体中的一种类型，液--固两相混合物广泛地存在于自然界及能源、化工、石油、矿业、建筑、水利、轻工、冶金、环保等各个领域。
尤其近年来，随着科学技术的迅猛发展，新材料、新技术、新工艺的出现，液--固两相流理论的应用范围不断扩大，它在现代工业和科学技术各个领域中的重要性也越来越明显。
液-两相流的应用1.固体颗粒的水利输送传统的管道输送技术的应用范围很有限，输送天很短，输送的介质仅限于粒径非常细小的煤粉。
但是自从50年代以来，水利输送技术有了很大的发展，其应用范围也越来越广，输送距离也由工厂或者工地内部的短距离扩散道上千里的长距离输送。
2．石油钻井中钻屑的运移在石油钻井施工中，循环泥浆的主要作用是清除井底和钻头上的钻屑并将其输送到地面。
合理地设计泥浆以及各流动参数，使之既能保证钻屑的正常远移又能有效地保护井壁和油层，是钻井工艺中的技术关键，同时也是一个非常复杂、难度极大的非牛顿液一固两相流体力学问题。
近年来，钻井界的有识之士已充分意识到钻屑运移规律的研究现状与先进的钻并工艺技术之间的尖锐矛盾，井呼吁尽快开展有关方面的研究，建立既有严格的理论依据又与实际情况相符的模型与方法。
3．油层水力压裂工艺中支撑剂的运移在石油工业中，水力压裂液的性能、支撑剂随压裂液在裂缝中的运移及分布是影响压裂效果，甚至是关系到压裂成败的关键。
目前生产中所使用的压裂液为：各种高分子聚合物溶胶；泡沫压裂液；油基压裂液。
这些压裂液均具有较强的非牛顿流变性。
作为支撑剂的固体颗粒一般为砂子、核桃壳等。
显然，支撑剂在裂缝中运移、分布的研究属于非牛顿液--固两相流动范畴。
液--固两相混合物的分类由于液--固两相混合物的组成、内部结构及状态的复杂性，至今尚无统一的分类标准。
目前研究者们根据各自的观点所提出的分类方法主要有如下四种：1.牛顿型均匀混合物2.非牛顿悬浮体3.牛顿液—固两相混合物4.非牛顿液—固两相混合物液--固两相流模型液--固购相流与气--固两相流在微观结构、相间作用及颗粒相运动机理等方面有许多共同之处。
多相流体流动中的冲蚀现象分析
多相流体流动中的冲蚀现象分析引言多相流体流动中的冲蚀现象是工程领域中的一个重要问题。
冲蚀现象的发生会对流体流动的稳定性和工程设备的寿命产生不利影响。
因此，研究多相流体流动中的冲蚀现象具有重要的理论和实际意义。
本文将对多相流体流动中的冲蚀现象进行分析和探讨，以期提供有关冲蚀问题的科学理论支撑和工程实践指导。
一、多相流体流动的基本原理多相流体流动是指在同一空间中存在两种或两种以上的物质同时流动的现象。
根据不同的物理特性和流动规律，多相流可以分为气固、气液、液固等不同组合。
对于不同的多相流体系统，其流动行为和冲蚀特性会有所不同。
因此，在研究多相流体流动中的冲蚀现象时，需要首先理解多相流体流动的基本原理。
多相流体流动中的冲蚀现象通常是由高速流动流体对固体表面的撞击和摩擦引起的。
冲蚀过程中，流体中的固体颗粒被冲刷、侵蚀和破坏，最终导致固体表面的损坏和磨损。
冲蚀现象的发生取决于多种因素，包括流体性质、流速、固体表面的特性等。
因此，研究多相流体流动中的冲蚀现象需要综合考虑多个因素的影响。
二、多相流体流动中的冲蚀机理多相流体流动中的冲蚀机理是冲蚀研究的核心问题。
冲蚀机理的研究可以帮助我们深入理解冲蚀现象的发生和演化过程，为冲蚀问题的预测和控制提供理论依据。
冲蚀机理主要包括两个方面：液固冲蚀和气固冲蚀。
液固冲蚀是指在液相流动中，液体撞击固体表面造成的冲蚀现象。
而气固冲蚀是指在气相流动中，固体颗粒与气体流动的相互作用引起的冲蚀现象。
液固冲蚀和气固冲蚀的机制有一定的相似性，但也存在一些差异。
在液固冲蚀中，流体的流速和固体表面的材料性质是冲蚀机理的主要影响因素。
流体的高速冲击会导致固体表面的局部破坏和脱落，进而引起冲蚀现象。
固体表面的材料性质对冲蚀机理也具有重要影响。
例如，硬度大、表面粗糙的材料更容易发生冲蚀。
在气固冲蚀中，气体流动的速度和颗粒的性质是冲蚀机理的重要因素。
气体的高速流动会导致气固两相之间的摩擦和碰撞，进而引起冲蚀现象。
采矿工程中液固两相流的流变特性与输送机制分析
采矿工程中液固两相流的流变特性与输送机制分析液固两相流是采矿工程中一个重要的研究领域，对于提高矿石的处理效率和降低生产成本具有重要意义。
液固两相流的流变特性与输送机制分析是了解矿浆流动行为、优化工艺参数以及设计输送设备的关键。
在采矿工程中，矿浆的流变特性和输送机制是研究的重点，影响因素主要包括颗粒形状、颗粒大小分布、浓度以及流体的粘度等。
了解液固两相流体的流变特性对于能够准确预测矿浆在输送过程中的流动行为非常重要。
同时，深入探究矿浆的输送机制有助于改善工艺参数和设备设计，提高生产效率和经济效益。
液固两相流的流变特性是指矿浆在流动过程中的黏度、剪切应力和流变曲线等物理性质。
研究表明，矿浆的流变特性与其浓度、颗粒大小和形状密切相关。
一般而言，随着浓度的增加，矿浆的黏度也会增加。
此外，颗粒大小和形状对矿浆的流变特性也有较大影响。
液固两相流的输送机制包括固体颗粒的运动方式、相互作用以及流体相与固体相之间的相互关系等。
研究发现，在低速流动条件下，矿浆中的颗粒呈现层流运动的状态；而在高速流动条件下，固体颗粒会出现悬浮、携带和沉积等运动方式，形成离散相和连续相之间的相互作用。
此外，矿浆中的颗粒-颗粒、颗粒-液体之间的相互作用也会对输送机制产生重要影响。
为了准确分析液固两相流的流变特性与输送机制，研究人员运用了多种实验和数值模拟方法。
实验方法包括旋转流变仪、管道流变仪以及槽式流变仪等。
通过这些实验方法可以测量矿浆的黏度、流变曲线、剪切应力等参数。
数值模拟方法则直接通过计算机模拟矿浆的流动行为，分析其流体力学特性。
这两种方法通常结合使用，以获得更全面和准确的分析结果。
在进行液固两相流的流变特性与输送机制分析时，需要考虑不同条件下的实际应用情况。
这包括矿浆的温度、压力、PH值等因素对流变特性的影响，以及输送管道的尺寸、形状和材料等因素对输送机制的影响。
通过综合研究实验结果和数值模拟分析，可以建立起适用于不同工艺条件的流变特性模型和输送机制模型，为采矿工程的优化设计和操作提供科学依据。
两相流体对过流零件壁面的冲蚀磨损行为及材料失效机制
两相流体对过流零件壁面的冲蚀磨损行为及材料失效机制
1 前言
在现代工程领域中，液体与气体之间的混合流动现象称为两相流，包括气体-
液体两相流和固体-液体两相流。
同时，这些流体在运动的过程中，会对过流零件（如涡轮、泵、管道等）壁面产生摩擦或碰撞等力量，引发冲蚀磨损现象，最终导致材料失效。
本文将讨论两相流体对过流零件壁面的冲蚀磨损行为及材料失效机制。
2 冲蚀磨损行为
冲蚀磨损是指高速流体冲击过程中物体表面发生的剥落现象。
实验表明，液体-气体两相流、气体-液体两相流和气体-固体两相流中，均有各自的冲蚀磨损特性。
其中，气体-液体两相流的冲蚀磨损比其他两相流更为严重。
因为气泡可以抵消液
体-固体两相流中高速液体的冲击力，而气泡在液体内部运动时，会形成涡旋流和
共振等特殊流动状态，最终加速了壁面磨损。
3 材料失效机制
两相流体对过流零件壁面的冲蚀磨损分为两种形式：表面冲蚀和裂纹扩展。
表面冲蚀是表面粗糙度增加的结果，进而增强了壁面的摩擦条件，提高了噪声和振动水平。
而裂纹扩展是指流体撞击表面导致裂纹的出现和加深，最终导致材料的失效。
实验表明，裂纹扩展正是造成材料失效的主要原因。
4 防止冲蚀磨损的措施
为了减轻两相流体对过流零件壁面的冲蚀磨损，可以考虑以下措施：
5 结论
两相流体对过流零件壁面的冲蚀磨损是目前工程中常见的失效原因之一。
冲蚀磨损的形式分为表面冲蚀和裂纹扩展，其中裂纹扩展是造成材料失效的主要原因。
为了减轻冲蚀磨损，可以采取选择合适的材料、表面涂层、改变设计结构和使用流体调制等方式。
液固两相流在工程流体力学中的应用分析
液固两相流在工程流体力学中的应用分析液固两相流是指同时存在液态和固态物质的流动状态。
在工程流体力学中，液固两相流的研究具有重要的理论意义和应用价值。
本文将从液固两相流的定义、性质、应用领域以及分析方法等方面进行探讨和分析。
首先，液固两相流的定义是指液态和固态物质以不同的形式共存，并在流动中相互作用的现象。
在实际应用中，液固两相流广泛存在于多个领域，如化工工艺、环境工程、石油钻井等。
液固两相流具有较复杂的物理特性，包括颗粒浓度、颗粒尺寸分布、流动模式等，这些特性对流体的性质和运动行为有较大影响。
其次，液固两相流在工程流体力学中的应用十分广泛。
在化工工艺中，液固两相流的分析可以用于选择合适的设备和工艺参数，以达到更好的反应效果和产品质量。
在环境工程中，液固两相流的研究可用于处理废水、废气和固体废物，提高环境污染治理效果。
在石油钻井中，液固两相流的分析有助于优化井下作业流程，提高油气开采效率。
此外，液固两相流还广泛应用于核工程、材料加工、粉体工程等领域。
针对液固两相流的应用分析，可采取不同的方法进行研究。
常用的分析方法包括实验研究、数值模拟和理论推导。
实验研究是通过构建实验平台，对液固两相流进行实时观测和测量，获取相关数据并进行分析。
数值模拟则是通过建立数学模型，运用计算机技术进行仿真计算，模拟液固两相流的运动行为和规律。
理论推导是通过分析流体的基本性质和物理原理，推导出液固两相流的相关公式和理论模型。
实际应用中，液固两相流的分析常常涉及到颗粒分散、沉降、输运等方面的问题。
例如，在化工工艺中，颗粒的分散和输送是液固两相流的关键问题之一。
研究人员可以通过粒子跟踪技术和流体力学方程相结合的方法，对颗粒的运动和输送进行分析和预测。
此外，颗粒的沉降也是液固两相流的重要研究内容之一。
在环境工程中，对颗粒的沉降行为进行分析，有助于优化废水处理工艺，降低颗粒物的排放浓度，保护环境。
综上所述，液固两相流在工程流体力学中具有广泛的应用。
管道两相流冲刷腐蚀的CFD研究进展
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｐｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ＣＦＤ ｏ ｆ Ｐｉ ｐｅ ｌ ｉ ｎｅ Ｅｒ ｏ ｓ ｉ ｏ ｎ－ Ｃｏ ｒ ｒ ｏ ｓ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ Ｔｗ ｏ Ｐｈａ ｓ ｅ Ｆｌ ｏ ｗ
ＺＨＡＯ Ｚｈｕ ａ ｎ ｇ， Ｙ ｕ － ｇｕ ｏ， Ｔ Ｉ ＡＮ Ｌｅ ｉ ， ＷＵ Ｄｏ ｎ ｇ
（ Ｃｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆＰ ｅ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｕ ｍ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｌｉ ａ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｓ ｈ ｉ ｈ ｕ ａ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｌ ｉ ａ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｆ ｕ ｓ ｈ ｕ ｎ １ １ ３ ０ ０１ ， Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
赵 状 ，吴 玉 国 ， 田 曼 ，吴 栋
（ 辽宁 石油 化工 大学 石油 天然气 工 程学 院 ， 辽宁 抚 顺 １ １ ３ ０ ０ １）
摘
要 ： 介绍 了冲刷腐蚀对石化行业 的危 害 ，阐述了影响 冲刷腐蚀 的因素 ，即主要是流体力学 因素 、材
料 因素 、固相颗粒等 因素 的耦合作用 。对计算流体力学 （ Ｃ Ｆ Ｄ）方法在管道 防腐 中研究 的进展情况进 行总结 ， 指 出了研究 的优点和缺点 。Ｃ Ｆ Ｄ数值模拟为防腐蚀研究提供 了新 的方法 。通过模拟结果 可以预测腐蚀 的发生和 发展 ，并 为管道优化设计和工艺 防腐提供可靠 的理论依 据。 关 键 词 ：冲刷腐蚀 ；研究进展 ；Ｃ Ｆ Ｄ；腐蚀预测
ｉ ｔ ｓ ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｔ ａ ｇ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｄ ｉ ｓ ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｔ ａ ｇ ｅ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｅ ｄ ｏ ｕ ｔ ． ＣＦＤ ｎ ｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｓ ａ ｎ ｅ ｗ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏｒ ｆ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｒ ｒ ｏ ｓ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ． Ｔｈ ｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ａ ｎ ｐ ｒ ｅ ｄ ｉ ｃ ｔ ｔ ｈ ｅ ｅ ｒ ｏ ｓ ｉ ｏ ｎ — ｃ ｏ ｒ ｒ ｏ ｓ ｉ ｏ ｎ ｏ ｃ ｃ ｕ ｒ ｒ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ， ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｃ ａ ｎ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｒ ｅ ｌ ｉ ａ ｂ ｌ ｅ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｂ ａ ｓ ｉ ｓ ｏｒ ｆ ｐ ｉ ｐ ｅ ｌ ｉ ｎ ｅ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｒｏ ｓ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： Ｅｒ ｏ ｓ ｉ ｏ ｎ — ｃ ｏ ｒ ｒ ｏ ｓ ｉ ｏ ｎ ； Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ； ＣＦ Ｄ； Ｃｏ ｒ ｒ ｏ ｓ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｅ ｄ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ
流体力学因素对液固两相流冲刷腐蚀的影响
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气 和溶 液温度 对除 湿量 的影 响不 明显 。④得 到 的关
Ｈｖ＆ ＡＣ， ０ ４， ４ ７ ２ — ６ ２ ０ ３ （ ）： ２２ ．
联 式与实 验吻合 较 好 ， 以用来 分 析 溶 液 与 空气 进 可 口参 数对 除湿 效果 的影 响 。
Ｋｅ ｒ ｓ ｔ — ｈ ｓ ｌｗ ； ｅｏ ｉｎ ｃ ｒｏ ｉｎ； ｈ ｄ ｏ ｙ ａ ｃ ； Ｃ ｙ ｗｏ ｄ ： ｗｏ ｐ ａ ｅｆｏ ｒ ｓｏ —ｏ ｒ ｓｏ ｙ ｒ ｄ ｎ ｍｉｓ ＦＤ； ｓｍ ｕａｉ ｎ ｉ ｌｔ ｏ
冲刷腐 蚀 又称 为 磨 损腐 蚀 ， 金 属 表 面 与腐 蚀 是
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流体动力学中的液固两相流动
流体动力学中的液固两相流动引言流体动力学是研究流体力学中各种流动现象的学科，其研究对象主要包括气体、液体和固体颗粒等。
在实际工程应用中，许多流动现象都涉及到流体与固体颗粒的相互作用，这种流动现象称为液固两相流动。
液固两相流动广泛应用于石油、化工、环境工程等领域，对于工程设计和工艺改进具有重要意义。
液固两相流动的基本特征液固两相流动是指在流动中同时存在液体和固体颗粒两种物质的流动现象。
液固两相流动的基本特征包括以下几个方面：1. 相互作用液固两相流动中，液体颗粒和固体颗粒之间会发生相互作用。
液体颗粒与固体颗粒之间存在粘性力、静压力、涡流运动等相互作用，这些作用力会对流动的性质产生影响。
2. 速度分布不均匀由于固体颗粒的存在，液固两相流动的速度分布通常呈现不均匀分布。
固体颗粒会对流体流动产生阻碍作用，使得流动速度在不同位置上存在差异。
3. 颗粒分布和浓度分布液固两相流动中，固体颗粒的分布和浓度分布是非常重要的参数。
固体颗粒的分布情况会影响流动的性质和流动阻力，而浓度分布则反映了流体与固体颗粒的相互作用强度。
液固两相流动的模型描述液固两相流动可以通过物理模型进行描述和分析。
在液固两相流动的模型中，液相和固相被视为两个独立的流体，各自具有不同的物理性质和运动规律。
1. 液相模型液相在液固两相流动中的模型可以采用连续介质模型进行描述。
在连续介质模型中，液相被视为一个连续的流体，其运动行为可以由连续介质力学方程进行描述，包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程等。
2. 固相模型固相在液固两相流动中的模型可以采用颗粒模型进行描述。
在颗粒模型中，固相被视为由大量颗粒组成的离散介质，每个颗粒具有一定的质量和形状。
针对固相颗粒的运动规律，可以采用离散元方法进行建模和计算，通过求解颗粒之间的相互作用力，确定固相的运动状态。
3. 相互作用模型为了描述液固两相流动中的相互作用过程，可以采用不同的相互作用模型。
常用的相互作用模型包括离散元法、多相流动模型、颗粒动力学模型等。
6环境化学-水环境中固-液界面的相互作用1(王晓蓉)
Fe3+，形态为Fe3+、FeOH2+、Fe(OH)2+、Fe(OH)30、Fe(OH)4-也 可形成无机高分子。
Si4+，SinO2n-m(OH)2m，n≤6时可溶，n>6时亲水性降低，当OH 被O全取代时可形成Si的无定型沉淀。
第六章 水环境中固－液界面的相互作用
三、胶体颗粒物的性质
3、胶体粒子的凝聚 在水处理中胶体悬浮体中粒子的凝聚或沉淀过程是很重要的。
胶体颗粒的聚集亦可称为聚沉和絮凝。
聚沉：由电介质促成的聚集。胶粒是由于双电层间（吸附离 子层和反号离子层）静电排斥的障碍，要实现聚沉，必须把 静电排斥减弱，以便于相同物质胶粒能够聚沉。
胶体物质既可由气体亦可由非水溶性液体构成。由于 胶体的比表面积很大，能够强烈地吸附各种分子和离子， 对重金属离子在水环境中的迁移有重大影响。微量污染物 在水体中的浓度和形态分布很大程度上决定于其中悬浮沉 积物的胶体行为。
第六章 水环境中固－液界面的相互作用
一、水体中各相间的相互作用 二、天然水体中的胶体物质 三、胶体颗粒物的性质 四、颗粒物在水环境中的吸附过程 五、沉积物——探索天然水体重金属污染的工具
H型:平板型模型
亥姆霍兹认为固体的表面电荷与溶液中带相反电荷的（即 反离子）构成平行的两层，如同一个平板电容器。
整个双电层厚度为 。
固体表面与液体内部的总的电位差
即等于热力学电势0 ，在双电层内，
热力学电势呈直线下降。
在电场作用下，带电质点和溶液 中的反离子分别向相反方向运动。
这模型过于简单，由于离子热运动， 不可能形成平板电容器。
水环境中固液相界面的相互作用
第四节水环境中固—液界面的相互作用一、水中颗粒物的类别天然水中颗粒物主要包括各类矿物微粒，含有铝、铁、锰、硅水合氧化物等无机高分子，含有腐殖质、蛋白质等有机高分子。
此外还有油滴、气泡构成的乳浊液和泡沫、表面活性剂等半胶体以及藻类、细菌、病毒等生物胶体。
下面分别叙述天然水体中颗粒物的类别。
1、矿物微粒和粘土矿物天然水中常见矿物微粒为石英、长石、云母及粘土矿物等硅酸盐矿物。
石英(SiO2)、长石(KAlSi3O8)等不易碎裂，颗粒较粗，缺乏粘结性。
云母、蒙脱石、高岭石等粘土矿物则是层状结构，易于碎裂，颗粒较细，具有粘结性，可以生成稳定的聚集体。
天然水中具有显著胶体化学特性的微粒是粘土矿物。
粘土矿物是由其它矿物经化学风化作用而生成，主要为铝或镁的硅酸盐，它具有晶体层状结构，种类很多，可以按照其结构特征和成分加以分类。
2、金属水合氧化物铝、铁、锰、硅等金属的水合氧化物在天然水中以无机高分子及溶胶等形态存在，在水环境中发挥重要的胶体化学作用。
铝在岩石和土壤中是丰量元素。
但在天然水中浓度较低，一般不超过0.1mg/L。
铝在水中水解，主要形态是Al3+、Al(OH)2+、A12(OH)24+、Al(OH)2+、A1(OH)3，和Al(OH)4-等，并随pH值的变化而改变形态浓度的比例。
实际上，铝在一定条件下会发生聚合反应，生成多核配合物或无机高分子，最终生成[Al(OH)3]∞的无定形沉淀物。
铁也是广泛分布的丰量元素，它的水解反应和形态与铝有类似的情况。
在不Ⅲ的存在形态是Fe3+、Fe(OH)2+、Fe(OH)2+、Fe2(OH)24+和Fe(OH)3同pH值下，Fe()等。
固体沉淀物可转化为FeOOH的不同晶型物。
同样，它也可以聚合成为无机高分子和溶胶。
锰与铁类似，其丰度虽然不如铁，但溶解度比铁高，因而也是常见的水合金属氧化物。
硅酸的单体H 4SiO 4，若写成Si(OH)4，则类似于多价金属，是一种弱酸，过量的硅酸将会生成聚合物，并可生成胶体以至沉淀物。
固多相体系腐蚀过程中的作用的开题报告
液相分散程度在气/液/固多相体系腐蚀过程中的作用的开题
报告
首先，气/液/固多相体系腐蚀过程中，液相分散程度对于腐蚀速率和机理的影响是不可忽视的。
液相分散程度指的是液体中溶解的固体或气体颗粒的大小、形状、分
布和浓度等参数。
影响液相分散程度的因素包括搅拌速度、温度、添加剂等。
其次，液相分散程度对腐蚀速率的影响主要是通过影响物质传递过程来实现的。
随着颗粒大小的减小，固体或气体能够更加均匀地分散在液相中，增加颗粒表面积和
液体间的接触面积，从而使物质传递更加顺畅和迅速，促进了腐蚀反应的进行。
而颗
粒的密集堆积和大颗粒的聚集则会引起局部流场的变形，使传质效率降低，从而降低
了下一次反应的速率，并引发局部腐蚀。
此外，液相分散程度还可能影响腐蚀机理。
在液体界面处，固体或气体颗粒可与液体表面产生较高的局部浓度，加速了局部反应的进行。
此过程可能被称为间接效应，因为它并没有直接影响腐蚀反应的动力学或热力学参数，而是通过增加反应物浓度或
氧分压等参数间接地增加了反应速率。
综上所述，液相分散程度对于气/液/固多相体系腐蚀过程中腐蚀速率和机理的影响是十分显著的。
因此，探究液相分散程度对腐蚀的影响机理，将有助于更好地理解
腐蚀过程并设计出更加有效的防腐措施。
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其 中Ａ Ｗ 为冲刷腐蚀 的总失 重量 ， Ａ Ｗ 为仅 冲刷引起 的 失重量 ， ＡＷ。 为仅腐蚀引起 的失重量 ， △ 为冲刷和腐蚀 的协 同作用项 ： 因此 ， 冲刷腐蚀可 以看成是 一种材料 的剥蚀 ， 包括 电化学 腐蚀过程 和机械 冲刷磨损两种破 坏形式 。
表面热处理增加 硬度 以及 表面镀层 等 ， 减少介质流体对金属表 面的冲击 ， 进而减少 冲蚀发生。 （ ２ ） 由于腐蚀作用主要受 电化学腐 蚀影响 ， 可以通过隔绝 金属与腐蚀性介质 ， 如 表面涂装及表 面镀膜 ； 此外根 据电化学 原理 ． 可 以进行反 向加 载极化 电势进行 阴极保护 ， 最 大限度减 少腐蚀对金属 的作用 。 （ ３ ） 综合冲刷及腐蚀产生原 因与影响因素 ， 由于两者相互 促进 ， 共 同作用 ， 所以必须减少两者的促 进作 用 ， 如增加表面热 处理 的厚度 ， 那么被 冲刷的新表面 就不易被腐蚀 ； 增加 金属硬 度， 那么被腐蚀破坏 的表面也不易 被冲刷 ， 只要减少 冲刷和腐 蚀联系就会 降低材料总失 重量 ，从 而大幅度地减少 材料流失
１ 前 言
冲刷腐蚀又称磨损腐蚀 ，是金 属表面与腐蚀流体 之间由 于高速相对运动而 引起 的金属损坏现象 。影响 冲刷腐蚀包括 ： 材料机械性能（ 尤其是硬度） 、 表面粗糙度 、 耐蚀性能以及介质的 温度 、 ｐ Ｈ值 、 溶氧量 、 活性离子 的浓度 、 粘度 、 密度等等＿ ｌ １ 。电化 学腐 蚀在石油 、 化工 、 水电等工业 过程 中广泛存 在日 ， 首 先形成 电解 池 ， 在 不同电位金属离子 作用下形 成点蚀 ， 此时如果 有冲 刷作用则会加剧腐蚀。 液体 中颗粒的速度对金属表面 的增加了 剪切作用使磨损腐蚀加剧 ．腐蚀 与磨损 的交互作用强度很大 ， 并在适 中腐蚀性和磨损 条件 时可达极值［ ３ １ ４ ］ 。 ２ 国 内 外 液 固 两相 冲 刷 腐 蚀 现 状 美国 Ａ ． Ｌ ｅ ｖ ｙ等人从 环境 、 温度 、 粒 子冲击速度 、 粒 子冲击 角度 、合金靶材 的性能 等因素对金属 冲刷腐蚀率 的影 响出发 ， 讨论 了材料 的抗 冲蚀 性能 ， 特别是含铬 钢 、 镍 基合金在 固体粒 子冲击下 的剥落损伤速率［ ５ １ 。在 国内近几年主要是冲刷腐蚀 的 交互作用 ． 由于冲刷腐蚀是冲刷和腐蚀性流体腐蚀 同时作用的 结果 ， 因此 冲刷腐蚀就不仅仅是冲刷作用和腐蚀作用 的简单叠 加， 而 往 往 包 含 一 个较 大 的协 同作 用 。
△ ７ ＝ △ △ △
３ ． ３ 冲刷腐蚀协 同作用 的影响因素 冲刷能加速传质过程 ， 促 进去极化剂到达材料表 面 ， 并促 进腐蚀产物脱离 材料表面 ， 加 速腐蚀 。 而腐蚀粗化材料表面 ， 弱 化 材料 的晶界 、 相界 ， 使材 料 中耐磨 的硬 化相 暴露 ， 促 进 了冲 刷 。冲刷腐蚀协 同作用 主要受到 以下几种 因素 的综合作用 ， 如 溶液 ｐ Ｈ、 材料特征 、 温度 、 结构等等 。不同溶液 ｐ Ｈ， 会加剧冲刷 作用 ， 同时电化学腐蚀严重 ， 冲刷腐蚀的协 同作用较明显。随着 温 度的不断升高 ， 材料硬度 变化更容易被 冲刷 ， 电化学腐蚀 更 活跃 ， 两者相互作用对金属产生严重破坏 。表面结构复杂的金 属， 力学 冲刷 和局部 的电化 学腐蚀显著 ， 两 者协同作用使腐 蚀 更加严重 。
西安
７ １ ０ ０ ６ ５ ）
摘 要： 金属材料在 液 固两相 流中受到冲刷、 腐蚀的协 同作用 ， 会加速材料 流失， 引发安全事故。 本文对冲刷、 腐蚀协 同作 用现 状、 机理 、 影响 因素等进行分析。 结果表 明： 冲刷作 用物理的剥 离腐蚀 产物膜 ， 致使金属暴露 于腐蚀介 质 中， 加速腐蚀 ； 而腐蚀 的产生 会使金属表面松 动 ， 有利于冲刷 剥落过程 ， 两者互相促进 ， 共 同作 用于金属表 面 ， 造成结构的腐蚀 失效 。 关键词 ： 液 固两相 ； 冲刷腐蚀 ； 影响 因素 ； 协 同作 用 中图分类号 ： Ｔ Ｇ １ ７ Ｚ ． ８ 文献标识码： Ａ 文章编 号： １ ０ ０ ３ — ５ １ ６ ８ （ ２ ０ １ ３ ） １ ９ — ０ ０ ６ ０ — ０ １
３ 液 固两 相 冲 刷 腐 蚀 的 影 响 因素 ３ ． １ 冲 刷 的影 响 因素 冲刷受 到流速 、 固体颗粒形 状 、 角度 等因素影 响 ， 首先材 料被磨蚀状况很大程度取决于泥沙颗粒的动能 。 即磨 蚀 量 应 大 体与泥沙速度的平方成正 比 。在含沙 比相 同和溶液性质不变
量
的情况下 ， 流体 的流速越快起腐蚀 越 明显 ， 湍 流加 速 了腐蚀剂 的供应和腐蚀产物的转移 ， 而且也 附加 了纯力学 因素 。悬 浮颗
粒硬度越 高 ， 冲刷 越 严 重 ： 多 角 粒 子 的 切 削 作 用 要 比 圆形 粒 子 的犁削作用产生更大的力学损伤 ： 粒径越大 ． 冲刷速率也越大 ： 颗粒浓度越 大 ， 冲刷 腐蚀速率 的绝对值越 大 。 但 高浓度条件下 颗粒 间的相互影响所引起 的“ 屏蔽效应 ” 使得其 冲刷腐蚀效率
２ ０ １ ３ ． Ｎ０． １ ０
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｈ ｅ ｎ ａ ｎ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
工程 与材 料 科 学
液固两相流体冲刷腐蚀的协同作用
王 建 才
（ 西安石油大学
机械 工程 学院 ， 陕西